Surface functionalization of melamine-formaldehyde microspheres with catalytic effect and superhydrophobicity

Abstract

Melamine과 formalehyde를 수용액 상에서 sodium lauryl sulfate를 계면활성제로 첨가하여 분산시킨 후 축중합을 유도함으로써 melamine-formaldehyde (MF) 마이크로입자를 제조하였다. 제조된 MF 마이크로입자 표면의 아민기를 이용하여 다양한 표면 기능화를 유도하였다. AuCl4- 이온을 MF표면의 아민기와 콤플렉스화 시킨 후 환원을 통해 금 나노입자를 MF 마이크로입자 표면에 고정화 시킴으로써 MF/Au 복합 마이크로입자를 제조하였고, 그 촉매 특성에 대해 확인하였다. FE-TEM, EDS, XRD, UV-vis 분석 결과로부터 MF 마이크로입자 표면에 금 나노입자가 형성된 것을 확인하였으며, 제조된 복합 마이크로입자는 NaBH4 존재 하에 4-nitrophenol을 4-aminophenol로 환원시키는 촉매 효과를 보였으며, 약 8분 안에 99%의 환원 효율을 보였다. MF 마이크로입자 표면에 두 가지 방법으로 긴 알킬 사슬(C12) 그룹을 anchoring시켜 초소수성 표면을 갖는 입자를 제조하였다. 첫 번째 방법으로, MF/Au 복합 마이크로 입자 표면의 금 나노입자와 thiol 그룹 간의 자가 조립 현상을 이용하여, dodecyl mercaptan (DM)을 MF/Au 표면에 단일 층으로 흡착시켜 초소수성 표면을 보유한 마이크로 입자를 제조하였다. 두 번째 방법으로, 양이온성 MF 표면과 음이온성 dodecylbenzenesulfonic acid 간의 정전기적 인력을 유도하여 알킬 체인을 흡착 시켜 초소수성 마이크로입자를 합성하였다. 표면 기능화된 마이크로입자는 물 접촉각이 150o 이상인 초소수성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 제조된 초소수성 마이크로입자를 필터 멤브레인으로 사용했을 때, 물과 오일을 효과적으로 분리시키는 특성을 보였다.; Melamine-formaldehyde (MF) microspheres having a mean diameter of 3.8 μm were prepared by dispersed polycondensation reaction of melamine with formaldehyde in aqueous media using sodium lauryl sulfate (SLS) as a surfactant. Surface functionalization of the MF particles was performed to have catalytic activity and superhydrophobicity, respectively. For the preparation of MF particles to have catalytic activity, gold nanoparticles (AuNPs) were immobilized onto MF microsphere. Immobilization of AuNPs onto the MF microspheres was conducted by complexation of Au ions onto the surface nitrogens of MF and subsequent reduction of the Au ion to Auo with NaBH4. The morphology and structure of the gold nanoparticle decorated MF microspheres were characterized by FE-TEM, SEM, XRD analysis and UV-Vis spectroscopy. It was revealed that the gold nanoparticle immobilized MF microspheres showed catalytic activity for the reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol in the presence of NaBH4. MF microsphere with superhydrophobic surfaces was prepared through anchoring long alkyl chain (C12) groups to surface of MF microspheres using two different methods. First method is the monolayer adsorption of dodecylmercaptan (DM) on the gold nanoparticle immobilized onto MF microparticls by using specific gold-thiol interactions. The second method is the anchoring of dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA) onto the surface of MF by using electrostatic interactions bestween positive charge of MF surface (−NH2+−) and the negative charge of the DBSA (−SO3-). The chemical structure, compositions, and water contact angle of surface modified MF microspheres are characterized by XPS, FT-IR, EDS, and water contact angle measurement. The modified particles prepared by two methods exhibited a water contact angle of 163˚ and 153˚, respectively, and showed an oil contact angle of 0˚. The superhydrophobically modified MF microspheres exhibited separation ability of oil and water from o/w emulsion.